项目设计教学法在单片机类课程中的教学实践

张玉均 李玉东 王晓卫

河南理工大学电气工程与自动化学院 河南焦作 454000

单片机应用技术课程是高校电子信息类专业的主干课程，也是多年来的“问题课程”。在教学过程中反映出课程内容抽象、逻辑性强、与其他课程关联度大等特点。教学过程极易陷入难教、难学的恶性循环[1]。随着集成电路技术和软硬件技术的飞速发展，单片机应用技术课程的内容与教学方法都发生了很大变化。如何充分利用多种开发工具和仿真软件，掌握单片机的综合运用能力，是单片机课程教学中面临的新挑战。笔者依据教学过程中存在的问题和多年教学经验进行深入探讨，提出了“项目设计”教学法的新思路，以提高单片机类课程的教学质量和效率。

1 传统单片课程机教学中存在的问题

目前，在部分高校单片机课程教学中，普遍存在以下几方面的问题：

(1)教材结构不合理。多数单片机教材内容主要是依照单片机硬件结构、指令系统、汇编语言、系统接口技术顺序编写，注重了课程的学科性与系统性，但未考虑学生的认知特点，从而影响了学生的学习兴趣。而课程的教学过程也是以教材为主线，先介绍单片机的硬件结构，指令讲解和软件编程，然后是单片机的扩展和外围器件应用，最后是应用实例。这种教学方式使学生对复杂的电路和抽象的指令缺乏了解，从而产生难学、厌学的情绪[2]。

(2)部分教材较为陈旧，所介绍知识与实际应用不符。在部分单片机教材中，还介绍74LS273/373锁存器、74LS244/245总线驱动器、8279键盘显示器件等，这些器件在单片机的开发中已很少应用。而一些新型单片机，如支持在线编程的AT89S系列单片机，支持串口编程的STC系列单片机，32位CORTEX-M3核心的单片机，特殊功能单片机(具备语音，A/D，D/A，抗干扰，SPI扩展等)被广泛应用[2]，但这些单片机和外围电路在目前课堂教学中很少涉及，从而影响实际教学效果。

(3)理论教学与实践教学严重脱节。在教学形式上，单片机教学多以课堂教学结合少量验证性实验教学为主。在教学过程中，则是先理论后实践，或者理论与实践分阶段交叉进行，这种教学方法使理论教学与实践教学严重脱节。全部教学活动结束后，许多学生也未能真正了解单片机应用及系统开发过程，不会使用调试工具，不会使用开发工具，无法掌握单片机系统开发的方法[3]。

(4)教师队伍中缺乏高素质工程人员。长期以来，教师受传统教学模式的影响，重视理论教学，轻视实践教学。使得在工科类专业课程中，教师对提高工程素质认识不足，使得教学活动缺乏技术性、实用性和工程实践性[2]。所以才出现将单片机课程教学演绎为以单片机为蓝本的微机原理课程教学的误区，这种纸上谈兵的教学模式使许多教师在技术应用能力、工程实践能力和科研开发能力上有缺失，致使单片机课程教学活动无法适应当今对技术人才的需求，难以培养出具有应用能力、开发能力和创新能力的高素质人才。

2 项目设计教学法的实施方案

2.1 项目的确定

单片机类课程是实践性很强的课程，项目设计教学法则是将实践项目与理论教学紧密联系起来，提高学生实践能力与理论知识水平的方法，合理的实践项目保证了教学效果。在教学过程中，综合考虑学生的培养目标和培养方案，以单片机课程的各知识点为依据，制定出合理的实践项目。这些项目既能与理论相联系，又能保留一定的发挥空间。在项目设置时，为了提高学生的兴趣，则围绕日常电子设备由浅入深，由易到难，设置10个实践项目(见表1)。这些项目之间紧密联系，并能逐渐增加新的知识点，最后达到课程教学的目的。

另外，实践项目都需教师先期试做，在学生进行实验之前先进行演示，让学生明确目标，也对项目有全面的了解。便于学生顺利地完成实验任务。

表1 单片机类课程的实践项目

2.2 项目的实施

项目设计教学法的实施主要分为项目确定、项目实施和项目总结3个过程。

2.2.1 项目确定

在项目确定过程中，将学生分成2～3人一组，由学生根据所学知识选择项目(项目1～6各选做1个，项目7～10则为选做)。选好项目后，教师根据项目任务、目标及相关知识点进行讲解，让学生了解项目中的知识点和难点。最后学生根据实践项目进行资料查阅、小组讨论，提出合理的设计方案。

2.2.2 项目实施

在项目实施中以倒计时交通信号灯的设计为例说明项目设计教学法的实施过程。

(1)教学目标：要求学生根据所学知识，设计出交通信号灯控制电路，编写相应的控制程序，完成硬件连接和系统调试，达到控制要求；并撰写设计报告。

(2)项目描述：利用单片机及相关器件设计一个倒计时交通信号灯。

①基本要求：信号灯分东西、南北两组，分别有红、黄、绿3种颜色，并由LED显示倒计时。具体控制要求：南北方向绿灯亮30秒后，黄灯闪3秒，红灯亮；同时东西方向红灯亮30秒后，黄灯闪3秒，绿灯亮，循环点亮。②创新部分：倒计时调整和路口紧急通过功能。

(3)实施过程：利用实验室的设备设计调试出倒计时交通信号灯。

①硬件设计。学生根据项目要求设计出合理的电路，并根据电路在实验箱上进行连接，完成系统所需电路，这是项目实施的重点。硬件设计不仅能考查学生的动手能力，还能考查学生使用仪器设备(万用表、示波器等)的熟练程度。在此过程中，教师引导学生正确使用仪器设备，为硬件设计提供帮助，也为今后发展打下坚实基础[3]。②控制软件设计。教师引导学生进行模块化软件设计，依据项目要求将软件分为几个相对独立的子程序，最后形成合理、高效的软件结构体，这是项目实施的另一重点。通过软件设计培养学生独立思考、分析问题、解决问题和创造性思维的能力。③系统联调。在各模块设计完成后，对软硬件进行联调。调试中，引导学生分析问题、解决问题，不断地进行软硬件调整，实现分析问题→修正错误→再分析→再修正→成功的过程。通过反复调试实践，学生的自信心和创造力得到进一步提升，他们的综合能力在潜移默化中提高。

2.2.3 项目的总结验收

项目总结验收是项目设计教学法的重要环节。首先，学生进行自我评价，写出项目实施的任务、目标、方法、手段、结果以及收获和体会。然后，教师根据项目评价标准对学生作品的工艺、完成情况、评价报告等材料做出评价，评出优劣。项目评价标准为：完成时间(10%)，完成效果(工艺10%，基本30%，创新10%，答辩10%，报告20%)，综合表现(10%)。通过这种评价可以发现不同学生的长处和缺点，针对缺点引导他们再学习、再提高，以达到单片机类课程的学习要求。

3 项目设计教学法的实施效果

经过几年的教学实践，新的教学法在我校电类专业单片机课程教学中取得了良好效果，完全达到教学培养目标的要求，其具体成效主要表现在：

(1)教学效果明显提高。项目设计教学法打破了理论教学与实践教学的界限，使理论教学和实践教学有机结合，提高了教学效果。此教学方式，使抽象、难学的知识点变得简单，激发了学生的学习兴趣。使学生充分利用实验室各种资源，实现多种教学资源的有机融合[4]。

(2)学生学习主动性明显提高。传统的教学模式中，学生都是被动接受知识，而新的项目设计教学法中，学生是主动学习，学习兴趣被有效激发。

(3)学生的创新能力得到加强。通过两年的教学实践，一大批学生喜爱上了单片机技术课程，并参加一些电子竞赛活动。近两年参加电子竞赛的学生1000余人次，其中获省级以上奖项100余项。可以看出，学生的实践能力和创新能力得到明显增强。

4 结束语

经过近几年的教学实践，项目设计教学法在单片机类课程教学中取得了良好的效果，学生的知识掌握和动手能力得到显著提高，充分体验了创新的艰辛与乐趣。通过该教学法的实施，培养了学生的团队精神与合作能力，发掘了学生的创造潜能。通过这种教学方式的实施，学生的学习兴趣得到提高，为后续专业课的学习提供了有效帮助，也为社会培养了大量优秀的应用型、创造型技能人才。

[1]彭芳远,陆勤.基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的探索与实践[J].计算机教育,2010(3):78-81.

[2]唐炜.基于“项目驱动”的单片机课程实践教学改革[J].实验室研究与探索,2010(5):130-132.

[3]贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理,2009(7):115-116.

[4]张素琴.论“产品导向、项目递进”式单片机项目教学中的项目设置和内容设计[J].常州信息职业技术学院学报,2010(8):50-53.

[5]苏检德,何富运.“单片机应用设计”课程教学改革与实践[J].实验技术与管理,2011(12):148-150.